風力發(fā)電機結構及原理培訓

1、會計學1風力發(fā)電機結構及原理培訓風力發(fā)電機結構及原理培訓第1頁/共42頁2目錄 風力發(fā)電背景風電機組的工作原理 風電機組的結構 風電機組控制系統(tǒng)第2頁/共42頁3一、化石能源枯竭全球能源形勢礦物燃料消耗過度環(huán)境壓力日益嚴重每年消耗56億噸煤25億噸石油至2030年二氧化碳排放上漲50%，每年420多億噸石油價格波動，煤炭價格持續(xù)上漲煤炭150年，石油80年枯竭能源安全受到挑戰(zhàn)第3頁/共42頁4二、碳排放和溫室效應 各種全球變暖背景下的極端氣候影響在世界各國頻頻上演，暴雪、颶風、洪水、干旱全球氣候變暖還引起冰川崩塌消融、海平面上升、糧食減產(chǎn)、物種滅絕全球氣候變化是由化石燃料燃燒排放大量溫室氣體而

2、造成的。化石燃料占二氧化碳排放量比重化石能源2006二氧化碳排放量 Mt2008二氧化碳排放量 Mt百分比煤煤8336867273.5%石油石油8828597.2%燃氣燃氣2217232019.6%總量總量1143511851100%第4頁/共42頁5第5頁/共42頁6風能第6頁/共42頁7目錄 風力發(fā)電背景風電機組的工作原理 風電機組的結構 風電機組控制系統(tǒng)第7頁/共42頁風電機組的工作原理和結構風 電 機組 第8頁/共42頁風電機組的工作原理和結構風力發(fā)電機組（以下簡稱風力機）是一種將風能轉換為電能的能量轉換裝置風電傳動系發(fā)電機葉 輪傳動系發(fā)電機葉 輪控制系統(tǒng)第9頁/共42頁10目錄 風力

3、發(fā)電背景風電機組的工作原理 風電機組的結構 風電機組控制系統(tǒng)第10頁/共42頁11風電機組風電機組風輪風輪輪轂輪轂変変槳槳導流罩導流罩機艙機艙主軸系統(tǒng)主軸系統(tǒng)增速箱增速箱發(fā)電機發(fā)電機偏航偏航剎車剎車散熱排風散熱排風機艙罩機艙罩風速風向儀風速風向儀塔架塔架風電機組的工作原理和結構第11頁/共42頁12機艙內(nèi)部結構輪轂：連接主軸與葉片，將風力對葉片的作用載荷傳遞給主軸以及齒輪箱軸承：支撐機械旋轉體，降低其運動過程中的摩擦系數(shù)，并保證其回轉精度第12頁/共42頁13葉片輪轂主傳動系統(tǒng)主軸變槳電機風輪將風能轉化為機械能，600 kW的風力機葉片的長度為21米。類型：單葉片、雙葉片、三葉片和多葉片 定槳

4、風輪和變槳風輪輪轂：連接主軸與葉片，將風力對葉片的作用載荷傳遞給主軸以及齒輪箱第13頁/共42頁14p 變槳電機： 每個葉片都有一個變槳電機，并帶有剎車、測速傳感器、編碼器及強制空冷裝置。p 備用電源：用于電網(wǎng)斷電和安全鏈中斷時葉片的變槳控制。p 充電器：帶有充電控制和電壓檢測裝置。p 轉換器：三相兩路裝置，用于向變槳電機輸送直流電。p 變槳控制器 除變槳電機，其余部件都在軸控制柜或公用控制柜內(nèi)，每個葉片都有單獨控制器。結構和功能第14頁/共42頁15主 軸：支撐輪轂和傳遞負載（軸向力，剪力（徑向力）， 彎矩和扭矩）主傳動系統(tǒng)低速軸 ：聯(lián)接葉輪輪轂與齒輪箱。低速軸是中空軸，內(nèi)部穿過液壓管路控制

5、氣動剎車高速軸 ：轉速大約為1500轉/分，它的作用是帶動發(fā)電機。同時在高速軸上安裝有一套機械剎車。第15頁/共42頁16主傳動系統(tǒng)齒輪箱 一側連接低速軸，另一側連接高速軸高速軸 轉速大約為1500轉/分，它的作用是帶動發(fā)電機。同時在高速軸上安裝有一套機械剎車發(fā)電機 發(fā)電機通常被稱為感應型發(fā)電機或異步發(fā) 電機第16頁/共42頁17控制器 計算機持續(xù)監(jiān)控風力發(fā)電機的狀態(tài)，控制偏航。在任何故障狀態(tài)下，計算機立即控制風機停機。液壓系統(tǒng) 作用是控制風力發(fā)電機氣動剎車裝置。冷卻系統(tǒng) 包含有冷卻發(fā)電機的風扇，冷卻齒輪油的散熱器，一些風力發(fā)電機還裝設有發(fā)電機水冷裝置。偏航系統(tǒng) 通過偏航電機推動機艙對風第17

6、頁/共42頁18塔架 作用是承載機艙和葉輪。一臺600千瓦風力發(fā)電機的塔架約為40-60米高。塔架有錐形圓柱鋼塔架，也有桁架式塔架 ，在其內(nèi)部裝有梯子。風速儀和風向標 用于測量風速和風向。第18頁/共42頁19葉片必須有足夠的強度，因此，在每一個葉片內(nèi)部都有一根與葉片長度幾乎一樣長的梁。第19頁/共42頁20葉片分為兩扇，分別進行生產(chǎn)，然后，將兩扇組合起來，就形成了一個完整的的葉片。圖中的工人正在給玻璃鋼上鋪塑膠。 在兩扇葉片組合之前，先將那根梁放在中間 第20頁/共42頁21兩扇葉片放入一個模具然后合上。然后將給其加熱，使得玻璃鋼更加堅固。葉片表面必須足夠光滑，使得風穿過葉片表面時不會減速。

7、因此，在一些刮擦痕處須填充玻璃纖維。最后，對葉片進行打磨拋光直到葉片表面光滑為止。第21頁/共42頁22雙饋式的特點： 雙饋電機定子直接與電網(wǎng)相連，轉子側通過功率變換器（一般為雙PWM 交直交型變換器）連接到電網(wǎng)。該功率變換器的容量僅為電機容量的1/4左右，并且能量可以雙向流動，這是這種機型的優(yōu)點。 該種機型是利用發(fā)電機轉子勵磁頻率、定子輸出頻率和轉子機械頻率的關系，通過改變轉子的勵磁頻率而使機組完成變速恒頻運行，進而實現(xiàn)最大風能捕獲。 對電網(wǎng)而言，該系統(tǒng)利用矢量控制實現(xiàn)了輸出的有功和無功的解偶控制，可以為電網(wǎng)輸出無功，保證了輸出電能質(zhì)量。 此技術路線為技術最成熟、市場占有率最高的技術路線。

8、雙饋機型第22頁/共42頁23直驅式的特點： 風輪直接與低速（多極）勵磁同步發(fā)電機（也有利用永磁同步發(fā)電的）相連，省去了故障多發(fā)部件-齒輪箱。電機全功率通過電力電子裝置連接到電網(wǎng)。利用電力電子技術可以控制系統(tǒng)輸出的有功和無功功率，同樣也可以使機組捕獲最大風能； 齒輪傳動不僅降低了風電轉換效率和產(chǎn)生噪音，更是造成機械故障的主要原因，而且為減少機械磨損需要潤滑清洗等定期維護。采用無齒輪箱的直驅方式雖然提高了電機的設計成本，但卻有效的提高了系統(tǒng)的效率以及運行可靠性；其缺點是：直驅發(fā)電機體積大而笨重 ，電機設計成本較高。 直驅機型第23頁/共42頁24目錄 風力發(fā)電背景風電機組的工作原理 風電機組的結

9、構 風電機組控制系統(tǒng)第24頁/共42頁25風力機控制系統(tǒng)第25頁/共42頁26主控系統(tǒng)：主控系統(tǒng)是風機控制系統(tǒng)的主體，它實現(xiàn)自動啟動、自動調(diào)向、自動調(diào)速、自動并網(wǎng)、自動解列、故障自動停機、自動電纜解繞及自動記錄與監(jiān)控等重要控制、保護功能。對外的三個主要接口系統(tǒng)就是監(jiān)控系統(tǒng)、變槳控制系統(tǒng)以及變頻系統(tǒng)（變頻器），它與監(jiān)控系統(tǒng)接口完成風機實時數(shù)據(jù)及統(tǒng)計數(shù)據(jù)的交換，與變槳控制系統(tǒng)接口完成對葉片的控制，實現(xiàn)最大風能捕獲以及恒速運行，與變頻系統(tǒng)（變頻器）接口實現(xiàn)對有功功率以及無功功率的自動調(diào)節(jié)。主控制系統(tǒng)第26頁/共42頁27第27頁/共42頁28變槳控制系統(tǒng)：控制時一般都以發(fā)電機額定功率或轉子轉速為界，

10、即當發(fā)電機輸出功率（轉速）低于額定值時，進行變速恒頻控制，最大捕獲風能；而當輸出功率（轉速）高于額定值時，進行變槳距控制，維持發(fā)電機功率在額定值附近。要實現(xiàn)真正的獨立變槳,輸入變量包括槳葉節(jié)距角變化和風速，以及每個槳葉受力等,實現(xiàn)多變量控制。第28頁/共42頁29液壓變槳系統(tǒng)組成： 油箱、液壓動力泵、動力單元蓄壓器、液壓管路、旋轉接頭、變槳系統(tǒng)蓄壓器以及三套獨立的變槳裝置優(yōu)點：單位體積小、重量輕、扭矩大無需變速機構，在失電時將蓄壓器作為備用動力源對槳葉進行順槳作業(yè)；增容便捷。缺點：漏油，對環(huán)境要求較高（溫度）第29頁/共42頁30原理液壓變槳 變槳距伺服控制系統(tǒng)的原理圖如圖1所示。變槳距控制系

11、統(tǒng)由信號給定、比較器、位置（槳距）控制器、速率控制器、D/A轉換器、執(zhí)行機構和反饋回路組成。第30頁/共42頁31電動變槳驅動器、編碼器、限位開關、電池（超級電容）第31頁/共42頁32偏航系統(tǒng)第32頁/共42頁33偏航系統(tǒng)組成部件第33頁/共42頁34偏航系統(tǒng)組成部件第34頁/共42頁35偏航系統(tǒng)組成部件第35頁/共42頁36偏航系統(tǒng)組成部件第36頁/共42頁37第37頁/共42頁風電機組的工作原理和結構風力發(fā)電機組（以下簡稱風力機）是一種將風能轉換為電能的能量轉換裝置風電傳動系發(fā)電機葉 輪傳動系發(fā)電機葉 輪控制系統(tǒng)第38頁/共42頁39風電機組風電機組風輪風輪輪轂輪轂変変槳槳導流罩導流罩機艙機艙主軸系統(tǒng)主軸系統(tǒng)增速箱增速箱發(fā)電機發(fā)電機偏航偏航剎車剎車散熱排風散熱排風機艙罩機艙罩風速風向儀風速風向儀塔架塔架風電機組的工作原理和結構第39頁/共42頁40葉片輪轂主傳動系統(tǒng)主軸變槳電機風輪將風能轉化為機械能，600 kW的風力機葉片的長度為21米。類型：單葉片、雙葉片、三葉片和多葉片 定槳風輪和變槳風輪輪轂：連接主軸與葉片，將風力對葉片的作用載荷傳遞給主軸以及齒輪箱第40頁/共42頁41兩扇葉片放入一個模具然后合上